Методи за измерване на масите на частиците и ядрата

Основната физическа величина във физиката на частиците и ядрата е тяхната маса. Нека разгледаме някои методи за определяне на масите на частиците и ядрата. Във всички тези методи като детектори се използват устройства, чиято работа се основава на електромагнитни взаимодействия.

6.1. Метод за определяне на масите на ядрата - масспектроскопия

На фиг. 42 е схематична диаграма на масспектрометър.
Силата на Лоренц се определя от електрическото и магнитното поле: F = q [+ (×)/c]. и са избрани така, че частиците с еднакво съотношение на заряда q към маса m (q/m) да са фокусирани в една точка при различни ниски и близки скорости v за йони. Точност на метода 10 -5 ÷ 10 -6 .

Фигура: 42. Схема на мас спектрометъра.

За елементарните частици, поради разпространението на скоростите, този метод е неприложим.

6.2. Методи за определяне на масите на елементарните частици

Методите се основават на следните взаимоотношения:
E 2 = m 2 с 4 + p 2 с 2 или ако c = 1, тогава m = (E 2 - p 2) 1/2;
m = Е/γ, γ = (1 - β 2) -1/2, β = v/c;
m =/γ, защото = mγ.
По този начин е необходимо да се определят всякакви две величини от трите: E, p, v.

6.2.1. Метод за време на полет - определяне скоростта на частиците

Времето на полет Δt се определя, колкото по-точно, колкото по-ниска е скоростта v, и е в интервала τ> 10 -6 ÷ 10 -7 s. v = л/ Δt. Импулсът се определя от кривината ρ [cm] на траекторията в магнитно поле B [Gauss]: pc = 300V · ρ [eV], Si и S2 са сцинтилатори, разположени на разстояние л на части. В този случай масата m се определя от съотношението

.

6.2.2. Метод с инвариантна маса

Методът се използва за частици с живот τ -16 s. Този клас частици включва резонанси, както и междинни състояния на неизвестни частици с маса mх, бързо разпадащи се в регистрирани частици.
За резонанси τх

1, докато пътят л

1,5 fm (1,5 10 -13 cm) не могат да бъдат измерени.
Методът позволява да се разграничи производството на частици без междинно състояние от производството на частици чрез междинното състояние mх.

Например, за реакцията π - р → π + π - n, инвариантната маса на частиците π + π - се определя, като се използва съотношението

.

Неизменна маса на две частици

(*).

Опитът определя 1 и 2, .

Резонансният взрив на фона на плавно разпределение върху фазовия обем показва производството на π + π - мезони през междинното състояние m12 (фиг. 43).
Когато се анализира производството на J/ψ частици, е използван подобен метод и полученият спектър от инвариантни маси за J/ψ системата е схематично показан на фиг. 44. Масата на J/ψ-частицата (както и частиците ψ1 и ψ2) се определя с помощта на съотношението (*), където индексите 1, 2 съответстват на μ + μ - или e + e - частици.

В първите експерименти за откриване на J/ψ-частици, състоящи се от cc-кварки, бяха определени mJ/ψ = 3000 MeV, mJ1 = 3770 MeV, mJ2 = 4040 MeV. Откритата система е наречена кваркония и впоследствие е проучена много подробно. Използване на съотношението на несигурността

---